浙江大学发表Nature封面论文：一个“活结”解锁“手感”，帮助外科医生和手术机器人实现精准力控

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

当你系鞋带时，轻轻一拉就能感受到那个恰到好处的紧度——这日常动作背后隐藏的力学智慧，如今被浙江大学的研究团队成功引入高端医疗领域。

2025 年 11 月 26 日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院蔡秀军院士团队与浙江大学交叉力学中心杨卫院士团队合作（杨栩旭、陈鸣宇、李铁风为论文共同通讯作者，薛耀庭、曹佳胜、冯涛、张凯航为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Slipknot-gauged mechanical transmission and robotic operation 的研究论文，该论文该被选为当期封面论文。

该研究首次提出了基于活结的力学传导机制，并将其成功应用于外科手术缝合，开发出了一种名为“Sliputure”（活缝合）的智能缝线，能够让外科医生和手术机器人实现无需电子传感器的精准力控。

封面解读：在手术缝合中打结需要精确的力度控制——力度过小会导致缝合伤口裂开渗液，力度过大则会引起伤口肿胀并限制血流。机器人辅助虽能解决该问题，但其复杂的传感系统在微创手术等空间受限的操作中受到限制。该研究分析简易活结的力学特性，发现可通过机械传力方式实现伤口的一致性闭合，且无需电子设备参与。基于此，他们开发出了一种名为“sliputure”（活缝合）的智能缝线，在传统外科结旁增加一个活结结构，外科医生照常打外科结后，通过牵拉活结直至其解开，即可将精准的机械力传递至外科结使其达到理想力度。实验数据显示，该缝线使年轻医生的打结力精准度提升 121%，同时有效改善了术后供血和组织愈合状况。

从鞋带到手术刀：活结的力学密码

现代机器人和外科手术设备通常依赖复杂的电子传感器来监测和控制力度。然而，在微创手术等空间受限场景，或偏远地区等资源匮乏环境下，这些电子设备面临巨大挑战。

在这项最新研究中，研究团队从拓扑学角度重新设计了活结结构，使其能够像机械密码一样精确编码和传递力信息。通过控制打结时的预紧力（Ftying），活结在解开时会释放一个特定的峰值力（Fpeak），一致性高达 95.4%。

活结如何成为“机械传感器”

活结的力学过程分为两个阶段：第一阶段，随着外力增加，活结的滑环逐渐收紧，接触面积和摩擦力平稳增加；第二阶段，当力达到临界点 Fpeak 时，活结发生拓扑变换，迅速解开并释放张力。

研究团队通过高速摄影和微 CT 扫描技术捕捉了这一过程的精细动态。实验显示，500 个活结的 Fpeak 值集中在 2.945±0.135 N 范围内，证明了该机制的高度一致性。

手术缝合的革命：“智能缝线”问世

基于这一发现，团队开发了名为“sliputure”（活缝合）的智能缝线，将活结（slipknot）与传统缝合线结合。当外科医生或手术机器人拉紧缝线时，活结在达到预设力度时自动解开，提供触觉反馈，防止缝合的死结过紧或过松。从而通过一个活结，实现对外科结（surgical knot）的精准控制。

临床测试结果显示，使用这种智能缝线后，相对缺乏经验的年轻外科医生在缝合打结力的精确度上提升了121%，接近甚至媲美经验丰富的资深外科医生。

更重要的是，在大鼠结肠损伤修复模型中，智能缝线组比传统缝线组提前 2 天达到健康愈合水平，且血供恢复更好。

机器人手术的“视觉力控”

在达芬奇机器人手术中，研究团队开发了基于视觉的活结检测系统。当摄像头识别到活结解开时，系统立即停止机械臂运动，实现自动力控。

这套系统在活体猪结肠损伤修复实验中表现优异，缝合压力的一致性显著优于传统方法。

从微创手术到资源匮乏地区：广泛应用前景

该技术的优势在于，完全不依赖电子设备，成本低廉且易于消毒处理。特别适合在以下场景应用：微创手术中的精细力控制、偏远地区或战地医疗、手术培训教学，以及安全人机交互。

研究团队还开发了全自动活结生产线，实现了标准化大规模生产。此外，该原理甚至适用于纳米尺度——DNA 分子打结与解结过程展示了类似的力学传递行为。

机械智能的新篇章

这项研究开启了“机械智能”的新方向，活结展现的力学智慧可能启发多个尺度下的打结结构研究。

在未来，这种基于简单结构的智能传动机制，或许会成为连接数字世界与物理世界的重要桥梁，让机械系统真正拥有“手感”。

这项跨越力学、医学与机器人学的创新研究，不仅解决了实际医疗难题，更为我们展示了一条不同于纯电子化的技术发展路径。在高端医疗设备日益复杂的今天，这种回归基本原理的简洁设计，或许正是科技与人文关怀的最佳结合点。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09673-w